氧化锆制备工艺——化学法研究
http://www.cction.com 2013-02-28 09:55 中企顾问网
本文导读：碱熔工艺有二碱二酸法及一碱一酸法，近年来通过技术改进，基本上已经采用一碱一酸法，因此一碱一酸法是目前最主流的化学制备氧化锆方法。
“一酸一碱”的化学法——优点纯度高质量好，缺点成本高污染大
这里说的化学法主要是指碱熔法，生产超细氧化锆有使用水解法也是化学法一种。碱熔法是国内外最早、最常用的方法，工艺非常成熟。根据碱熔料不同，又分为烧碱法和纯碱法。烧碱碱熔法是将锆英石精矿与烧碱在650~750℃熔融，然后以热水浸溶体，硅以硅酸钠形式进入溶液中，锆酸钠不溶于水，留在固相渣中，用盐酸处理固相渣，生成水溶性的ZrOCl2，过滤除去酸不溶物，将清液蒸发结晶析出ZrOCl2〃8H2O，经洗涤、800℃焙烧，即得ZrO2产品。为了降低原料成本，可用纯碱代替烧碱作碱熔剂。但碱熔温度要升高到1050~1100℃才能反应完全。
碱熔工艺有二碱二酸法及一碱一酸法，近年来通过技术改进，基本上已经采用一碱一酸法，因此一碱一酸法是目前最主流的化学制备氧化锆方法。
该法具体而言是将锆英石和烧碱在650-750℃下熔合，使锆英石转化为可溶于酸的Na2ZrO3和溶于水的Na2SiO3。过程可有下列两个反应式：
ZrSiO4+4NaOH→Na2ZrO3+Na2SiO3+2H2O
ZrSiO4+6NaOH→Na2ZrO3+Na4SiO4+3H2O
反应产物用水浸洗，可除去大部分的硅和钠，再经过滤后获得滤饼，可选用盐酸分解，生成可溶的锆盐，反应式如下：
Na2ZrO3+4HCI→ZrOCI2+2NaCI+2H2O
为了获得纯净的锆盐。在分解后期加人能除硅的絮凝剂。经过滤除硅后的锆溶液，可直接浓缩结晶制取氯氧化锆晶体，经焙解(900～1100℃)即得一般纯度的ZrO2；或将工业级的氯氧化锆晶体进一步净化。彻底除去硅。重结晶获得纯净的ZrOCl2〃8H2O，经焙解便获得高纯度的ZrO2；或将纯净的ZrOCl2〃8H2O溶于水，后用氨水中和沉淀出氢氧化锆，再将滤出沉淀物烘干、煅烧即获得细粒级的ZrO2。上述过程的反应式如下：
ZrOCl2〃8H2O→ZrO2+2HCl+7H20
ZrOCl2+4NH4OH→Zr(OH)4+2NH4CI+2NH3+H2O
Zr(OH)4→ZrO2+2H2O
碱熔法生产的氧化锆纯度较高，可达99.8％以上。但该法的锆回收率低，一般为60％～65％，个别厂可达72％左右。
化学法优点是产品纯度高、质量好，杂质少且粒度分布好，通常高纯度可以实现99.9%以上，并且容易控制反应量；缺点是生产工艺流程长，初始投入大，生产环节中特别是需要预先生产中间产品氧氯化锆，生产中需要消耗大量的酸碱试剂，而中间产品氧氯化锆污染大，并且产生废弃物硅渣、废酸、废碱液很难处理，因此生产成本很高。即使改进为一酸一碱生产流程生产成本依旧很高。
这里说的化学法主要是指碱熔法，生产超细氧化锆有使用水解法也是化学法一种。碱熔法是国内外最早、最常用的方法，工艺非常成熟。根据碱熔料不同，又分为烧碱法和纯碱法。烧碱碱熔法是将锆英石精矿与烧碱在650~750℃熔融，然后以热水浸溶体，硅以硅酸钠形式进入溶液中，锆酸钠不溶于水，留在固相渣中，用盐酸处理固相渣，生成水溶性的ZrOCl2，过滤除去酸不溶物，将清液蒸发结晶析出ZrOCl2〃8H2O，经洗涤、800℃焙烧，即得ZrO2产品。为了降低原料成本，可用纯碱代替烧碱作碱熔剂。但碱熔温度要升高到1050~1100℃才能反应完全。
碱熔工艺有二碱二酸法及一碱一酸法，近年来通过技术改进，基本上已经采用一碱一酸法，因此一碱一酸法是目前最主流的化学制备氧化锆方法。
该法具体而言是将锆英石和烧碱在650-750℃下熔合，使锆英石转化为可溶于酸的Na2ZrO3和溶于水的Na2SiO3。过程可有下列两个反应式：
ZrSiO4+4NaOH→Na2ZrO3+Na2SiO3+2H2O
ZrSiO4+6NaOH→Na2ZrO3+Na4SiO4+3H2O
反应产物用水浸洗，可除去大部分的硅和钠，再经过滤后获得滤饼，可选用盐酸分解，生成可溶的锆盐，反应式如下：
Na2ZrO3+4HCI→ZrOCI2+2NaCI+2H2O
为了获得纯净的锆盐。在分解后期加人能除硅的絮凝剂。经过滤除硅后的锆溶液，可直接浓缩结晶制取氯氧化锆晶体，经焙解(900～1100℃)即得一般纯度的ZrO2；或将工业级的氯氧化锆晶体进一步净化。彻底除去硅。重结晶获得纯净的ZrOCl2〃8H2O，经焙解便获得高纯度的ZrO2；或将纯净的ZrOCl2〃8H2O溶于水，后用氨水中和沉淀出氢氧化锆，再将滤出沉淀物烘干、煅烧即获得细粒级的ZrO2。上述过程的反应式如下：
ZrOCl2〃8H2O→ZrO2+2HCl+7H20
ZrOCl2+4NH4OH→Zr(OH)4+2NH4CI+2NH3+H2O
Zr(OH)4→ZrO2+2H2O
碱熔法生产的氧化锆纯度较高，可达99.8％以上。但该法的锆回收率低，一般为60％～65％，个别厂可达72％左右。
一酸一碱式碱熔法生产工艺流程图
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